09温度控制系统的超前校正

学号：课程设计题目温度控制系统超前校正环节设计学院专业班级姓名指导教师年月日武汉理工大学《自动控制原理A》课程设计说明书课程设计任务书学生姓名：专业班级：指导教师：工作单位：题目:温度控制系统超前校正环节设计初始条件：气动位置控制系统实物图如图1所示，该伺服系统的数学模型可简化为根据所给的数学模型，设计满足给定性能指标的补偿环节。要求完成的主要任务:（包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求）（1）首先根据给定的数学模型求取原系统的性能指标；期望性能指标为相角裕度大于40度。（2）设计超前校正装置，用MATLAB仿真分析系统的变化情况；（3）设计滞后校正装置，用MATLAB仿真分析系统的变化情况；（4）分析超前校正和滞后校正对于实际系统的适用性，说明理由；（5）分析校正前后的各项性能指标（时域、频域），所得到的仿真结果是否满足要求？如不能满足要求，分析原因。（6）对上述任务写出完整的课程设计说明书，说明书中必须写清楚分析计算的过程，给出响应曲线，并包含Matlab源程序或Simulink仿真模型，说明书的格式按照教务处标准书写。时间安排：任务时间（天）指导老师下达任务书，审题、查阅相关资料2分析、计算2编写程序1撰写报告2论文答辩1指导教师签名：年月日系主任（或责任教师）签名：年月武汉理工大学《自动控制原理A》课程设计说明书目录摘要.............................................................I1设计要求.....................................................................................................................................................12设计原理.....................................................................................................................................................13设计方案.....................................................................................................................................................13.1校正前系统分析及其Bode图............................................13.2校正前的单位阶跃响应曲线.............................................33.3超前校正装置的参数设计...............................................33.4绘制串联超前校正后Matlab程序和Bode图...............................43.5串联超前校正装置后的单位阶跃响应.....................................73.6滞后校正装置的参数设计...............................................83.7绘制串联滞后校正后Matlab程序和Bode图...............................93.8串联滞后校正装置后的单位阶跃响应.....................................94校正装置的使用范围和方案的比较选择...............................................................................104.1超前校正的使用条件..................................................104.2滞后校正的使用条件..................................................114.3方案的比较选择......................................................115心得体会...................................................................................................................................................12参考文献.......................................................................................................................................................13武汉理工大学《自动控制原理A》课程设计说明书I摘要自动控制理论是研究自动控制共同规律的技术科学。它的发展初期，是以反馈理论为的自动调节原理，并主要用于工业控制。根据被控对象及给定的技术指标要求设计自动控制系统，但由于控制对象和控制器的基本组成部分构成的反馈控制系统性能一般较差，所以在设计中要对系统进行校正使其有良好的性能。本文是利用《自动控制原理》中所学的知识，结合课外学习的知识，对温度控制系统进行校正使其满足相应的条件，并计算分析其相关特性。在已知一个自动控制系统的结构形式及其全部参数的基础上，研究其稳定性条件，以及在典型输入信号作用下，系统的稳态性能、瞬态性能与系统结构、参数和输入信号之间的关系问题，称为系统分析问题。在实际工程中，往往提出另外一个问题，即根据希望的稳态和瞬态性能指标，研究如何建立满足性能要求的控制系统，这称为系统设计问题（也称为系统综合问题）。在控制理论课程中，控制系统的设计问题主要是指校正装置的设计。关键字：控制系统超期滞后校正相角裕度武汉理工大学《自动控制原理A》课程设计说明书1温度控制系统超前校正环节设计1设计要求（1）首先根据给定的数学模型求取原系统的性能指标；期望性能指标为相角裕度大于40度。（2）设计超前校正装置，用MATLAB仿真分析系统的变化情况；（3）设计滞后校正装置，用MATLAB仿真分析系统的变化情况；（4）分析超前校正和滞后校正对于实际系统的适用性，说明理由；（5）分析校正前后的各项性能指标（时域、频域），所得到的仿真结果是否满足要求？如不能满足要求，分析原因；（6）对上述任务写出完整的课程设计说明书，说明书中必须写清楚分析计算的过程，给出响应曲线，并包含Matlab源程序或Simulink仿真模型，说明书的格式按照教务处标准书写。2设计原理在博德图上能方便地根据系统的开环频率特性和给定的频域指标确定校正装置的参数。如果系统校正时要求满足的性能指标属频域特征量，例如相位裕量、幅值裕量、谐振峰值和带宽等，则通常采用频域设计方法。对于超前校正装置（1）校正装置提供正相角补偿，改善了系统的相对稳定性，使系统具有一定的稳定裕量。（2）从对数幅频曲线看，截止频率由校正前的提高到校正后的，使校正后系统频带变宽，动态响应变快。对于滞后校正装置（1）利用校正装置的高频幅值衰减特性改善了系统的相对稳定性，使系统具有一定的稳定裕量，对校正装置相角滞后特性的影响忽略不计。（2）从对数幅频曲线看，校正后的截止频率比校正前的提前，因此，系统的快速性降低，提高了系统的相对稳定性。3设计方案3.1校正前系统分析及其Bode图武汉理工大学《自动控制原理A》课程设计说明书2由已知的传递函数化成有理分数形式如下，SSS231353.0004578.045.25sGo在MATLAB中输入的代码如下，绘制其Bode图并求出其幅值裕度和相角裕度。n=[25.45]d=[0.004578,0.1353,1,0]g1=tf(n,d)[mag,phase,w]=bode(g1)margin(g1)图3-1校正前Bode图由图sec/7.13Wcorad，，dB3.1ho36.4oo40,故不符要求需要校正装置使其性能得到改善。wwjwjwwjjw1353.0004578.0145.2511353.0004578.045.25jwGo222可得到其近似的幅相曲线sec/rad78.140wsec/rad78.14w3004578.045.25log20jwolog20wLwGw25.45log20jwolog20wLG武汉理工大学《自动控制原理A》课程设计说明书33.2校正前的单位阶跃响应曲线num=25.45den=conv([1,0],[0.004578,0.1353,1])g1=tf(num,den)Lsys=feedback(g1,1,-1)[y,t,x]=step(Lsys)plot(t,y)图3-2校正前频域响应即可以得到峰值时间sp257.0t，上升时间sr14.0t，调节时间s85.8ts超调量%81%100*11-81.1h%pthh3.3超前校正装置的参数设计校正装置的传递函数为111sGcaTSaTS校正前的sec/7.13Wcorado36.4o武汉理工大学《自动控制原理A》课程设计说明书4校正后的o40，取=o40所以oom4236.636.4-40)10~5(04.5sin1msin1am又由cjwGo|log20（）|=-ajwGcjwmclog10|)(|log20|)(Go|log20得到a1jwG3c0.004578w45.25即WmWcsec/2.23radsaWmT02.004.52.2311所以超前校正装置的传递函数为102.011.0sGcss校正后的传递函数为102.011353.0004578.011.045.25sG2sssss校正后的o408.26o,不符合要求则重新取值o50公式同上可以求得o52m,sTradWmWc014.0sec,/3.25,4.8a所以超前校正装置的传递函数为1014.0112.0sGcss校正后的传递函数为1014.011353.0004578.0112.045.25sG2sssss校正后的o409.30o,不符合要求则重新取值o65公式同上可以求得o67m,sTradWmWc0065.0sec,/1.30,2.24a所以超前校正装置的传递函数为10065.0116.0sGcss校正后的传递函数为10065.011353.0004578.0116.045.25sG2sssss校正后的o409.35o最后发现用近似的方法难以找到合适的值，故通过Matlab仿真在最后取值o60附近慢慢调试找到合适的值即sT05.0,20a。3.4绘制串联超前校正后Matlab程序和Bode图武汉理工大学《自动控制原理A》课程设计说明书5取o40时num=25.45*[0.1,1]den=conv(conv([1,0],[0.004578,0.1353,1]),[0.02,1])g1=tf(num,den)[mag,phase,w]=bode(g1)margin(g1)图3-3超前校正取40oBode图取o50时num=25.45*[0.12,1]den=conv(conv([1,0],